So sánh đặc tính mất kiểm soát nhiệt của pin natri-ion và pin lithium-ion

Các nhà khoa học từ Đại học Otto von Guericke Magdeburg của Đức, phân tích và so sánh hành vi mất kiểm soát nhiệt của pin natri-ion (SIB) và pin lithium-ion (LIB) bên trong bình phản ứng. Họ áp dụng gia nhiệt với 30 mẫu, mỗi mẫu ở trạng thái mức sạc khác nhau và phát hiện cả hai loại đều bị mất kiểm soát khi mức sạc ít nhất là 50%.

Mất kiểm soát nhiệt là phản ứng dây chuyền có thể xảy ra trong pin khi chúng quá nóng, có khả năng dẫn đến cháy nổ. Trong quá trình mất kiểm soát nhiệt, các thành phần của pin bị phân hủy, giải phóng khí dễ cháy và độc hại, cùng với hơi của chất điện phân, vật chất dạng hạt và nhiệt, các nhà nghiên cứu giải thích.

Tổng cộng có 30 loại pin thương mại được thử nghiệm, trong đó 15 loại SIB có ô pin 3,6 Wh (1,2 Ah) với cathode NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM); 15 loại LIB có ô pin 10,4 Wh (2,9 Ah) với cathode Li(NixMnyCo1-x-y)O2 (NMC). Ba loại pin bất kỳ được thử nghiệm ở trạng thái sạc khác nhau, cụ thể là 0%, 25%, 50%, 75% và 100%.

Các thử nghiệm tiến hành trong bình phản ứng kín khí 10 lít có áp suất định mức là 20 bar. Bình phản ứng chứa ô pin với bốn hộp mực gia nhiệt 320 W. Mỗi ô pin bị đẩy vào tình trạng mất kiểm soát nhiệt do quá nhiệt cục bộ. Các hộp mực gia nhiệt giới hạn mức công suất đầu ra tối đa 100 W trong mỗi lần thử nghiệm, đảm bảo nhiệt độ tối đa khoảng 300 độ C với tốc độ gia nhiệt 12 K/phút.

Thông qua thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu phát hiện ở cả SIB và LIB, tình trạng mất kiểm soát nhiệt được phát hiện ở trạng thái sạc là bằng hoặc trên 50%. Ở SIB, tốc độ tăng nhiệt độ là hơn 2 K mỗi giây và ở LIB, tốc độ này là hơn 10 K mỗi giây. Nhiệt độ bắt đầu mất kiểm soát nhiệt được ghi nhận là 135 - 165 độ C đối với SIB và 140 - 172 độ C đối với LIB.

Bốn thành phần khí trong số bảy thành phần được xem xét trong nghiên cứu này, cụ thể là carbon monoxide (CO), methane (CH4), hydrogen cyanide (HCN), ethylene (C2H4), biểu hiện các kiểu sản xuất tương tự nhau trong hai loại pin. Giới hạn nổ dưới (LEL) là 4,8 vol% và 5,5 vol% được đo từ hỗn hợp khí dễ nổ của SIB và LIB. Các giá trị như vậy thể hiện nguy cơ nổ.

Các khám phá của họ trình bày trong “So sánh các đặc tính mất kiểm soát nhiệt trong pin natri-ion và pin lithium-ion có vật liệu oxide cathode phân lớp: Ảnh hưởng của trạng thái mức sạc”, công bố trên tạp chí Power Sources.